Исследование гидродинамики вихревых камер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Введение.

Обозначения

Глава I. Современное представление о гидродинамике вихревых камер.

1.1. Экспериментальные исследования и их результаты.

1.2. Теоретические исследования и их результаты.

1.3. Задачи исследования.

Глава 2. Теоретический анализ течения в вихревой камере.

2.1. Постановка задачи

2.2. Решение давлений меридианального движения.

2.3. Тангенциальная составляющая скорости.

2.4. Результаты решения полной системы уравнений (2.2)-(2.5).

Глава 3. Методика исследования.

3.1. Измерение скорости и давления пневматическим зондом.

3.2. Определение скорости по градиенту давления.

3.3. Визуализация течения

3.4. Экспериментальная установка

Глава 4. Экспериментальное исследование течения в вихревых камерах

А. Вихревая камера с торцевым вдувом.

4.1. Основные особенности аэродинамики вихревой камеры торцевым вдувом.

4.2. Влияние раехода ж основных геометрических характеристик.

Б. Вихревая камера с© вдувом но боковой поверхности

4.3. Основные особенности аэродинамики вихревой камеры с© вдувом по боковой поверхности.

4.4. Влияние раехода воздуха.

4.5. Влияние радиуса выходного отверстия.

4.6. Влияние степени закрутки потока на периферии камеры

4.7. Влияние длины камеры.

4.8. Влияние высоты цилиндрической части выходного отверстия.

Глава 5. Обсуждение результатов.

5.1. Сопоставление результатов теоретического анализа с экспериментальными.,.

5.2. Обсуждение экспериментальных результатов.

5.3. Оптимизация и инженерный расчет вихревых камер.

Выводы.

Примечание :.

выводы

I. Проведен теоретический анализ течения в вихревой камере, который позволил получить однозначные решения, существующие в практически используемой области чисел Рейнольдса. В частном случае эти решения позволяют в аналитическом виде рассчитывать течение в пористой трубе.

2. Множено систематическое экспериментальное исследование течения в основном объеме вихревой камеры нри вариации расхода, меета подвода закрученного воздуха, степени закрутки потока, радиуса и высоты цилиндрической части выходного отверстия, длины камеры.

3. Установлено, что существуют оптимальные гидродинамические параметры: радиус выходного отверстия, соотношение расходов в камере с торцевым вдувом, высота цилиндрической части выходного отверстия, при которых максимальная тангенциальная скорость, радиальный перепад давления и разрежение в центре- наибольшее.

4. Показано, что с увеличением расхода по достижению одного и того же для всех исследованных камер числа Рейнольдса /5е наступает автомодельный режим течения.

5. Установлено, что наклон профиля тангенциальной скорости и относительная величина ее максимума с увеличением крутки на периферии и уменьшением длины камеры уменьшается. Предложена зависимость (7), которая отражает влияние фтих параметров.

6. Показано, что радиус зоны разрежения с уменьшением радиуса выхлопа, уменьшением крутки на периферии и увеличением длины камеры уменьшается. Найдена зависимость радиуса зоны разрежения от крутки в центральной области, которая обобщает влияние перечисленных параметров.

1. Абрамович Г.Н. Теория центробежной форсунки. - В кн. Промышленная аэродинамика (сборник статей). ЦАГИ. Из-во Бюро Новой техники НКШ, 1944, с. 18-26.

2. Абрамович Н.Г., Бухман М.А., Устименко Б.П. Исследование влияния условий входа на структуру течения и сопротивление циклонных камер. В кн. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Вып. II. йз-во "Наука", Алма-Ата, 1976, с. 27-31.

3. Аэродинамика закрученной струи. Под ред. Р.Б.Ахмедова. М., "Энергия", 1977, 240 с.

4. Балуев Е.Д, Троянкин Ю.П. Влияние конструктивных параметров на аэродинамику циклонных камер. Теплоэнергетика, 1967, В 2, с. 67-71.

5. Бармин И.В., Солонин В.И. Поля тангенциальной скорости и статического давления в вихревой камере. Труды ЮТУ Л 207, М. 1975, с.92-98.

6. Бухман М.А., Вышенский В.В., Устименко Б.П. Гидродинамика и теплообмен циклонной камеры с многосторонним подводом воздуха. В кн. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Вып.6. Из-во "Наука" Алма-Ата, 1970, с. 184-194.

7. Бухман М.А., Каймирасова С.Д., Устименко Б.П. Исследование структуры течения и сопротивления вихревой топки с хордаль-ным подводом воздуха. В кн. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып. 10. Из-во "Наука" Алма-Ата, 1975, с.59-63.

8. Веске Д.Р., Стуров Г.Е. Экспериментальное исследование турбулентного закрученного течения в цилиндрической трубе. Изв. СО АН, сер. техн., 1972, В 13, вып. 3, с. 3-7.

9. Волчков Э.П., Кислых В.И., Смульский И.И. Экспериментальное исследование аэродинамики вихревой камеры с торцевым вдувом.-т - В кн.: Структура пристенного пограничного слоя (вынужденное течение, тепловая конвекция). Новосибирск, 1978, с. I0I-I26.

10. Волчков Э.П., СмульскиЁ Й.И. Аэродинамика вихревой камеры со вдувом по боковой поверхности. Экспериментальные исследования. Препринт Института Теплофизики СО АН СССР. Новосибирск, 1979, 30 с.

11. Всесоюзное научно-техническое совещание по энерготехнологическим циклонным комбинированным и комплексным процессам. 9-е. (Тезисы докладов) Москва, 1976.

12. Вулис Л.А., Устименко Б.П. Об аэродинамике циклонной топочной камеры. Теплоэнергетика, 1954, 1 9, с.3-10.

13. Вулис I.A., Устименко Б.П. Об аэродинамике циклонной топочной камеры. В кн.: Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах. Госэнергоиздат, M.-JI., 1958, с. 176-188.

14. Вязовкин Е.С., Николаев H.A. Структура газового потока в аппарате с осевши завихрителями. Труды Казан, хим.-технол. ин-та, 1972, вып. 48, с. 66-71.

15. Гольдштик М.А. Закрученный поток несжимаемой жидкости в круглой трубе. Изв. АН СССР. ОТН., 1958, В 12.

16. Гольдштик М.А. Теоретическое решение задачи об основном участке закручинной струи, вытекающей в затопленное пространство.- ЦКТИ, 1959, с. 31.

17. Гольдштик М.А., Леонтьев А.К., Поле ев И.И. Аэродинамика вихревой камеры. Теплоэнергетика, 1961, Ш 2, с. 40-45.

18. Голъдштик М.А. К. теории эффекта Ранка. Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1963, I I, с, 132-137.

19. Голвдштик М.А. Некоторые вопросы гидродинамики стационарных вихревых течений. Докт. диссертация. Новосибирск, 1965.

20. Гольдштик М.А. Один класс точных решений уравнений. Навье-Стокса. Лурн. ПМТФ, 1966, № 2, с. 106-109.

21. Гольдщтик М.А., Зыкин ГЛ., Петухов Ю.И., Сорокин В.Н. Об определении радиуса воздушного вихря в центробежной форсунке. -Зйурн. ПМТФ, 1969, В 4., с.107-111.

22. Гринспен Х.П. Теория вращающихся жидкостей. Гидрометео-издат, Ленинград, 1975, с. 304.

23. Гродзовский Г.Л., Кузнецов Ю.Е. К теории вихревой трубы. Изв. АН СССР. ОТН, 1954. № 10.

24. Деветерикова М.И., Михайлов П.М. К вопросу о влиянии торцевых перетечек на аэродинамику вихревой камеры. Труды ДЛИ. Энергомашиностроение, вып. 297, 1968.

25. Деветерикова М.И., Михайлов П.М. 0 влиянии геометрии вихревой камеры на торцевые перетечки. Труды ЛПИ. Энергомашиностроение , вып. 310, 1969.

26. Дубинский М.Г. 0 вращающихся потоках таза. Изв. АН СССР. ОТН, 1954, & 8, с. 75-78.

27. Дубинский М.Г. Вихревые аппараты. Изв. АН СССР. ОТН,1955, i§8, с. 3-10.

28. Дубинский М.Г. Вихревой вакуум-насос. Изв. АН СССР. ОТН,1956, № 3, с. 155-159.

29. Ершов А.И., 1>хман Л.М. К вопросу интенсификации процессов тепло-и массообмена при взаимодействии газо-жидкостных систем. Обзор. Инж. физ. журн., 1966, том 10, I 4, с. 552-556.

30. Жигула В.А., Коваль В.П. Газодинамика закрученного потока. Прикладная механика, 1975, т. II, Л 9, с. 65-72.

31. Иванов Ю.В., Кацнельсон Б.Д., Павлов В.А. Аэродинамика вихревой камеры. В кн.: Вопросы аэродинамики и теплоотдачи в котельно-топочных процессах. М.-Л. Госэнергоиздат, 1958, с. 100114.

32. Калишевский Л.Л. Структура потока и аэродинамические характеристики циклонной камеры при горении. Теплоэнергетика, 1958, II 2, с. 27-33.

33. Калишевский Л.Л., Ганчев Б.Г. Исследование аэродинамической структуры циклонных топок при горении твердого топлива.-Теплоэнергетика, 1966, Л 8, с. 72-75.

34. Каутис. Опыт использования Горизонтальных циклонных топок. В кн.: Циклонные топки. Госэнергоиздат, 1958.

35. Кислых В.И., Смульский И.И. К гидродинамике вихревой камеры. Инж. физ. журн. 1978, 1.35, 1 3, с. 543-544. (Полн. тнкст деп. в ВИНИТИ 25 апреля 1978 г. Ш 1389-78, ДЕЛ.).

36. Кислых В.И., Смульский И.И. Один способ определения поля давления и скорости в вихре. В кн.: Структура пристенного пограничного слоя (вынужденное течение, тепловая конвекция), Новосибирск, 1978, с. 127-133.

37. Коваль В.П., Михаилов C.I. Распределение скоростей и давления жидкости в вихревой камере. Теплоэнергетика, 1977, № 2, с. 25-58.

38. Коваль В.П., Мозалевский И.О. Потери на трение о торцевые стенки камеры закручивания. Инж.- физ. журнал, 1975, т.29, 1 4, с. 693-698.

39. Коваль В.П., Нигула В.А. Методика выбора оптимальных размеров камеры закручивания газа. Изв. высш. уч. зав-й. Энергетика, 1977, 16, с. 71-78.

40. Коротков Ю.Ф., Николаев H.A. Структура вихревого потокав камере с тангенциальным подводом газа. Труды Казан, хим.-технолог. ин-та, 1972, вып. 48, с. 28-34.

41. Кузнецов В.И. Исследование газодинамических процессов противоточной вихревой трубы и разработка инженерных методов расчета. Канд. диссертация, Омск, 1975, с. 178.

42. Курмангалиев М.Р., Некрасов В.Г. Аэродинамика модели циклонной камеры с верхним выводом газов в изотермических условиях. В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып.- ш

43. Латкин A.C. К вопросу о характерных зонах потока в циклонных камерах. В кн.: Эффективность теплоэнергетических процессов. Межвузовский сборник, вып. I. Владивосток, 1976, с, 147153.

44. Леонтьев I.A., Фафурин A.B., Никитин П.В. Турбулентный пограничный слои в каналах с глухим торцем при наличии вдува. 1урн. 1МТ#, 1970, II 4, с. 56-59.

45. Дянэ Р., Иванов I). Развитие и перемешивание соосной струи в осе симметричном закрученном потоке. Изв. АН Латв. ССР, Физика. Математика, 1971, т.20, Л I,.

46. Ляховский Д.Н. Способ получения разомкнутого факела с помощью порога. Котлотурбостроение, 1949, 1 2, с. 18-22.

47. Ляховский Д.Н. Некоторые результаты предварительных опытов по исследованию аэродинамики циклонной топки.- Котлотурбостроение, 1951, 1 6, с. 10-16.

48. Ляховский Д.Н. Исследование аэродинамики циклонной камеры. В кн.: Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах. М.-Л. Госэнергоиздат, 1958, с. II4-I50.

49. Ляховский Д.Н. Аэродинамика закрученных струй и ее значение для факельного процесса снижения газа. В кн.: Теория и- IPпрактика сжигания газа. Г0стоптехиздат, Ленинград, 1958, с. 28-77.

50. Мельников-В. К., Сухович Е.ГГ. Конвективный теплообмен в вихревой камере. Изв. АН Латв. ССР, Сер. физ. и техн. наук, 1967, №2,.

51. Мельников В.К., Сухович Е.П., Бавгородний В.А. Исследование поля тангенциальных скоростей в вихревой камере. Изв. АН Латв. СССР. сер. физ. и техн. наук, 1969, № 3, с. 73-79.

52. Нахапетян Е.А. Исследование аэродинамики циклонной топки на натурной модели. Теплоэнергетика, 1904, 19, с. 11-16.

53. Нахапетян Е.А. Исследование изотермического циклонного потока на модели топочной камеры. В кн.: Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процесах. Госэнергоиздат, 1958, с. 150-165.

54. Овчинников A.A., Николаев H.A. 0 торцевом эффекте в вихревых камерах с тангенциальным вводом газа. Труды Казан, хим.-технол. ин-та, 1972, вып. 48, с. 83-90.

55. Овчинников A.A., Николаев H.A. Определение радиуса вихря в вихревых газовых камерах. Труды Казан, хим.-технол. ин-та, 1973, вып. 51, с. 9-14.

56. Сабуров Э.Н. К методике расчета вихревых нагревательных камер. Изв. вузов СССР - Энергетика, 1973, 1 3, с. 136-139.

57. Сабуров Э.Н., Карпов C.B. О методике расчета аэродинамики циклонно-вихревых нагревательных устройств. Изв. вузов СССР -Энергетика, 1975, В 8, с. 71-77.

58. Сабуров Э.Н. и др. Исследование пограничного слоя на поверхности цилиндра в циклонном потоке. Изв. вузов СССР - Энергетика, 1977, Л 6, с. 86-93.

59. Смульский И.И., Кислых В.И. Исследование полей скорости и давления в вихревой камере. В кн.: Исследования по гидродинамике и теплообмену. Новосибирск, 1976, с. 200-206.

60. Смульский И.И. Об особенностях измерения скорости и давления в вихревой камере .-В кн.: Теплофизика и физическая гидродинамика. Институт теплофизики, Новосибирск, 1978, с. 125-132.

61. Страхович К.И., Михайлов П.М., Сабуров Э.Н. Некоторые результаты исследования аэродинамики вихревых загруженных камер. Изв. вузов СССР. Энергетика, 1968, 1 4.

62. Стуров Г.И. Исследование закрученного потока вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе. В кн.: Аэрогазодинамика. Из-во "Наука", Новосибирск, 1973, с. I34-I4I.

63. Стуров Г.Е. Приближенный расчет развития закрученного потока вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе. В кн.: Некоторые вопросы исследования вихревого эффекта и его промышленное применение. Куйбышев, 1974, с. 2II-2I9.

64. Сухович ЕЛ. Аэродинамика вихревой камеры. Изв. АН Латв. ССР, физ. и техн. наук, 1969, № 4, с. 78-88.

65. Сухович E.II., Мельников B.K., Бавгородний В.А. Распределение давления в вихревой камере. Изв. АН Латв. СССР, физ. и техн. наук, 1969, Л 4, с. 84-89.

66. Сухович Е.П. Аэродинамика и конвективный теплообмен в вихревой камере. Автореферат кандидатской диссертации, Рига, 1970, с. 25.

67. Сухович Е.П. Экспериментальное исследование струйного смешения в ограниченном закрученном потоке. Изв. АН Латв. ССР, Сер. физ. и техн. н., 1975, № 2, с. 57-63.

68. Теория топочных процессов. Под ред. Г.Ф. Кнорре1И.И.Палее-ва. М.-Л. Из-во "Энергия", 1966. 491 с.

69. Тонконогий A.B., Вышенский В.В. Исследование конвективного теплообмена на моделях циклонных камер. В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып. I. Из-во "Наука", Алма-Ата, 1964.

70. Ульянов A.B., Кожахметов Д.Б. Аэродинамические характеристики отстойника плавильного агрегата. В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып. I, из-во "Наука", Алма-Ата, 1964.

71. Устименко Б.П., Бухман М.А. Турбулентная структура потока в циклонной камере. Теплоэнергетика, 1968, № 2, с. 64-67.-m

72. Устименко Б.П., Бухман М.А. Исследование осредненных и пульсационных характеристик течения в циклонных камерах, В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып. 5, Из-во "Наука", Алма-Ата, 1969, с. 95-105.

73. Устименко Б.П., Гобызова Н.Д. Расчет турбулентных характеристик течения в циклонной камере. В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып. 10, из-во "Наука", Алма-Ата, 1975, с. 64-70.

74. Устименко Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях. Из-во "Наука", Алма-Ата, 1977, 228 с.

75. Шваб В.А. К вопросу обобщения полей скорости турбулентного потока в циклонной камере. Инж.физ. журн., 1963, том. 6,1. Л 2, с. 102-108.

76. Штым А.Н., Михайлов П.М. К аэродинамике закрученного потока в циклонно-вихревых камерах. Изв. высших уч. зав. Энергетика, 1965, & II, с. 50-53.

77. Штым А.Н. Определение масштабных величин при аэродинамическом расчете циклонно-вихревых камер. Труды ДВ1Ш, 67. Владивосток, 1968, с. 81-86.

78. Штым А.Н., Латкин A.C. О нулевом уровне статичнского давления в циклонно-вихревых камерах. Инж. физ. журнал, 1974, т. 27, I 3, с. 532-533.

79. Штым А.Н. Номограммныи метод расчета циклонно-вихревых камер. В кн.: Эффективность теплоэнергетических процессов. Межвузовским сборник, вып. I, Владивосток, 1976, с. 170-178.

80. Якубов Г.В. К решению задачи о движении потока в циклонной камере. В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып. 6, из-во "Наука", Алма-Ата, 1970, с. 195-202.

81. Bradley D. The Hydrocyclone. Pergamon Press. Oxford-London at all. 1965, 330 p.

82. Burgers J.M. Application of a model system to illustrate some points of the statistical theory of free turbulence. Proc. Acad. Sci. Amsterdam, 1940, vol. 43, H 1, p. 2-12.

83. Burgers J.M. A mathematical model illustrating the theory of turbulence« Advances in Applied Mechanics. Academic Press, 1948, vol. 1, p. 197-199.

84. Holman J,P., Moore G.D. An experimental study of vortex chamber flow. Tr. ASHE, Ser. D. J. Basic Engineering, 1961, v. 83, I 4, p# 632-636.

85. Keyes J.J. An experimental study of gas dynamics in high velocity vortex flow. In: Proceedings of the 1960 Heat Transfer and Fluid Mechanics Institute, 1960, Stanford, p. 31-46.

86. Kotas T.J. Turbulent boundary layer flow on the end wall of a cylindrical vortex chamber. Heat and Fluid flow, 1975» Vol. 5, I 2, p. 77-87#

87. Lewellen W.S. Magnetohydrodynamically driven vortices.-In : Proceedings of the 196O Heat Transfer and Fluid Mechanics Institute, I960, Stanford, p. 1-15.

88. Lewellen W.S. A solution for three-dimensional vortex flows with strong circulation. J. Fluid Mech., 1962, Vol. 14, B 3» |>. 420-432.

89. Rott N., Lewellen W.S. Boundary layers and their interactions in rotating flows* Boundary layers and their interactions in rotating flows. Progress in Aironautical Sciences, Vol* 7* Pergamon Press, 1966, p. 111-144.

90. Sullivan R.D* A two-cell vortex solution of the Havier-Stokes Equations. J* of the Aerospace Sciences, 1959, Vol* 26, I 11, p. 767*110* Terril R.M., Thorns P.W. Spiral flow in a porous pipe* -fhe Phys. of Fluids, 1973, V. 16, Ji 3, p. 353-359*

91. Wan C*A*, Chang G.C. Measurement of the velocity field in a simulated tornado-like vortex using a three-dimansional velocity probe. Journal of the Atmospheric Science, 1972, Vol. 29, » 1, P* 116-126*1. Т7ЧГ —1. ПНШЖШИЕ.